IGBT供电的自动跟踪系统.doc

第一章 引言 在控制系统中，若给定的输入信号是预先未知且随时间变化的，并且系统的输出量随输入量的变化而变化，这种系统就称为随动系统。快速跟踪和准确定位是随动系统的两个重要技术指标。 随动系统是高射炮雷达跟踪系统的重要组成部分。它是构成武器自动化体系的基本环节，它在一定程度上按照人们的意愿去完成所要求的控制规律，具有快速性和高精度的特点，因此，它在武器控制系统获得了广泛的应用。例如:雷达的天线控制系统、高射武器的自动跟踪系统等。对高炮随动系统而言，必须具备很高的角速度、角加速度和很高的跟踪精度，要具有良好的高速快速性和动态品质，还应有很高的可靠性和可维护性。其随动系统控制器的好坏, 直接影响着装备战术技术性能。因此，如何使随动系统具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、跟踪精度高等特点， 成为研究随动系统的关键。 随着计算机技术、现代控制理论的迅猛发展，由数字控制装置组成的随动系统即数字随动系统应运而生。与传统的模拟系统相比，数字随动系统控制是从计算机接收控制命令，它具有设计简单，体积小，修改方便，精度高，可靠性高等优点。 第二章 随动系统的发展 随动系统是伴随着电机的应用而发展起来的，最早出现在20世纪初。1934年第一次提出了伺服机构(Sevrome chnaism)这个词，随着自动控制理论的发展，到20世纪中期，伺服系统的理论和实践日趋完善，并得到了广泛的应用。20世纪70年代以来，随着计算机技术和微电子技术的飞速发展，微型计算机特别是单片型计算机得到了迅速的发展，它们体积小、重量轻、可靠性高、价格低廉，在伺服系统中取代了大量的模拟电路和数字电路，提高了伺服系统的可靠性，增强了伺服系统的灵活性和通用性，促进了伺服系统向数字化方向的发展，其应用几乎遍及社会的各个领域 [1] 。 随着现代科学技术的飞速发展，特别是微电子、计算机、电力半导体和电机制造技术取得的巨大技术进步，使得数字伺服系统在许多高科技领域得到了非常广泛地应用，如雷达和各种军用武器随动系统、激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、智能办公设备等等，其控制性能对这些高科技的发展正起着越来越关键的作用。 2.1 位置随动系统 位置随动系统的控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，该系统的主要任务书是使输出量快速而准确地复现在给定量的变化。例如，轧钢机轧 压下量的自动控制，船舵的自动操纵，火炮方位的自动跟踪，机器人的动作控制等等。随着机电一体化的技术的发展，位置随动系统已成为现代工业、国防和高科技领域中不可缺少的设备，是电力拖动自动控制系统的一个重要分支。 2.2 位置传感器 精度而可靠的发出位置给定信号并检测被控对象的位置是位置随动系统工作良好的基本保证。位置传感器将其具体的直线或转角位移转换成模拟的或数字的电量，在通过信号处理电路或算法，形成与控制器输入量相匹配的位置误差信号。 位置传感器的种类很多，常用的有一下几种。 2.2.1 电位器 电位器是最简单的位移—电压传感器，可以直接给出电压信号，价格便宜、使用方便，但滑臂与电阻间有滑动接触，容易磨损或接触不良，可靠性差。 2.2.2 光电编码器 光电编码器在现代电机控制系统中常常用以检测转子的位置与速度。光电编码器是由光源、光栅码盘和光敏元件三部分组成，直接输出数字式电脉冲信号，是现代数字式随动系统主要采用的位置传感器。码盘一般为圆形，由电动机带动旋转，也有直线形的，由移动机构传动。按照输出脉冲与对应位置关系的不同，光电编码器分两大类，即绝对式和增量式。 a.增量式编码器 脉冲直接与位移的增量成正比时称作增量式编码器，常用的圆形增量式码盘每转发出N=500～5000个脉冲，高精度码盘可达数万个脉冲。通过信号处理电路和可逆计数器可以输出位置增量信号，再经过测速算法，可以给出转速信号。 b.绝对值式编码器 绝对值式编码器码盘的图案由若干个同心圆环构成，称作码道。码道的道数与二进制的位数相同，有固定的零点，每个位置对应着距零点不同位置的绝对值。绝对值式码盘一周的总计数为N=2，其中n为码盘的位数，一般n=4～12，粗精结合的码盘可达n=20。绝对值式编码器的码盘又分二进制码盘和循环码盘两种。 绝对值式光电编码器具有与微机或DSP的接口,使用方便,但是价格高。增量式光电编码器不具有计数和接口电路,一般是输出A、B、Z 脉冲信号,但是价格较低,因此比较常用。增量式光电编码器的输出信号往往直接连接到微机或DSP的计数器输入端,由其软件来鉴相和计数,因此占用了微机的硬件资源和软件执行时间。当微机运行繁忙时,可能会出现漏计或误计现象。 2.2.3自整角机 自整角机是自动控制系统中传递角度位置信息的微电机，既可以用来检测远距离机械装置的角度位置，也可以控制远距离设备装置的角